Устройство для обнаружения обрыва в тяговой сети Советский патент 1992 года по МПК H02H3/24 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в тяговых сетях пониженного напряжения до 1000 В, например в тяговых сетях подземного железнодорожного транспорта.

Известно устройство контактной сети на переменном токе, принятое в качестве аналога, включающее в себя источник переменного тока, подключаемый через аппарат защиты к тяговой сети одной фазой к контактному проводу, другой фазой к рельсовому пути, питающие и отсасывающие кабели, при этом электровозы оборудуются однофазными асинхронными конденсаторными двигателями.

Известно устройство контактной сети на постоянном токе, нашедшее исключит- тельное практическое применение на подземном железнодорожном транспо ртб.

также принятое в качестве аналога, включа- себя тяговую подстанцию с выпрямительным устройством и аппаратом защиты, подключаемую к тяговой сети с помощью питающего кабеля положительным полюсом к контактному проводу, отрицательным полюсом к рельсовому пути, усиливающие и отсасывающие кабели, при этом электровозы оборудуются электродвигате лями постоянного тока с последовательные возбуждением.

Однако в устройствах обоих аналоге-. имеется общий недостаток - отсут зтвие кон троля обрыва контактного провода, что в случае, когда оборванный провод не имеет контакта с рельсовым путем и не создает достаточного для срабатывания аппаратуры защиты тока короткого замыкания или тока утечки, остается незамеченным, оборванV

со

СО О

о

о

V

ный провод является источником повышенной опасности для человека и приводит к простоям оборудования откатки, так как обнаружение обрыва происходит лишь при приближении к нему машиниста электропоезда.

Известно также устройство для защиты от обрыва проводов тяговой сети, подключенных к шипам питания тяговой подстанции электрифицированной железной дороги, наиболее близкое по своей сущности к данному изобретению и принятое за прототип, содержащее заземляющие элементы опор, на которых через изоляторы и кронштейны подвешены провода тяговой сети, с рельсами, подключенными к другой шине питания тяговой подстанции, блок контроля и сигнализации, датчики контроля состояния тяговой сети, установленные на каждой опоре, датчик определения места короткого замыкания, расположенный на подстанции, вход которого соединен с шиной питания тяговой подстанции, а выходы подключены, соответственно, к входу блока контроля и сигнализации и к каждому из проводов тяговой сети, вход датчика контроля состояния проводов тяговой сети соединен с каждым из указанных проводов, а выход указанного датчика подключен к заземляющему проводу, причем датчик контроля состояния проводов выполнен в виде установленной над проводами металлической штанги, один конец которой жестко закреплен на опоре и соединен с заземляющим проводом, а на другом конце указанной штанги установлен в одной плоскости с проводами улавливатель, состоящий из двух металлических планок, расположенных под углом друг к другу.

Однако прототип, сущность которого состоит в том, что при обрыве усиливающего или питающего провода воздушной линии за счет отключения гирлянды изоляторов из-за одностороннего тяжения на ближайшей опоре обеспечивается контакт этого провода с заземленным датчиком определения места короткого замыкания и протекание по этому проводу тока короткого замыкания, а на подстанции датчик определения места короткого замыкания определяет по наличию тока короткого замыкания, какой из отходящих проводов поврежден, о чем и сигнализирует светом и звуком блок контроля и сигнализации, имеет следующие недостатки, не позволяющие применить соответствующее устройство в подземной тяговой сети шахт:

устройство применимо лишь для проводов воздушных линий, подвешенных на гир- ляндах изоляторов. В тяговой сети

подземного железнодорожного транспорта напряжением 380 В или в исключительных случаях 600 В питающие или усиливающие провода выполнены кабелем, а конструкция

крепления контактного провода исключает возможность применения устройства по прототипу для обнаружения его обрыва.

Датчики определения места короткого замыкания способны на подстанции лишь

0 определить по принципу максимальной токовой защиты в каком из проводов после искусственного создания короткого замыкания, протекает ток короткого замыкания. Они в принципе не способны указать место

5 короткого замыкания в смысле расстояния от подстанции до него, тем более создание искусственного короткого замыкания в подземной сети по принципу прототипа невозможно.

0 Датчики контроля состояния тяговой сети в прототипе представляют собой заземленные металлические конструкции, предназначенные для обеспечения заземления соприкасающегося с ними провода, и

5 они не в состоянии контролировать или сигнализировать обрыв контактного провода. В условиях тяговой сети подземного железнодорожного транспорта, когда сеть выполняется в виде кольца, нет достаточной

0 видимости по трассе и освещенности, рас- стояние от контактного провода до головки рельсы составляет всего 1,8 м, а его защита от утечки отсутствует, улучшение условий безопасности человека, перемещающегося

5 вдоль трассы, заключается в предупреждении его о наличии обрыва при приближении к месту повреждения.

Очевидно, что устройство прототипа не обеспечивает решение этой задачи.

0 Цель изобретения - расширение области применения устройства для тяговых сетей с пониженным напряжением и повышение эффективности путем обеспечения возможности обнаружения поврежденного участка

5 при обрыве контактного провода.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве, содержащем элементы контроля напряжения, включенные между рельсом и токонесущим проводом на отдельных

0 участках тяговой сети, световые и звуковые сигнализаторы, элементы контроля напряжения выполнены в виде реле с замкнутым и разомкнутым контактами, и сигнализаторы рассредоточены по участкам тяговой се5 ти с размещением в начале каждого участка первого светового, первого звукового и третьего светового сигнализаторов, а в конце - второго светового, второго звукового и четвертого светового сигнализаторов, при отом размыкающий контакт каждого реле

включен в цепь связи с тяговой сетью первого и второго световых, первого и второго звуковых сигнализаторов, а замыкающий контакт - в цепь связи с нею третьего и четвертого .световых сигнализаторов, а до- полнительный (замкнутый или разомкнутый) контакт каждого реле включен в цепь дистанционного контроля состояния участков тяговой сети.

На фиг. 1 представлена схема выполне- ния устройства на отрезке тяговой сети с выделением трех контролируемых участков; на фиг. 2 - схема тяговой сети большой протяженности с секционированными участками и показано применение предлагаемого тех- нического решения на секционированных участках этой сети.

Представленная на фиг. 1 схема позволяет осуществлять контроль обрыва контактного провода на заданном отрезке тяговой сети от источника питания до конечного изолятора или до изолятора ближайшего секционного выключателя и содержит ряд выделенных участков заданной длины li (на фиг. 1 - три участка I, II и III) контактного провода 1 и рельсового пути 2, питаемых от тяговой подстанции 3 на отрезке от изолятора 4-1 до изолятора 4-2, каждый из которых оборудован: элементами контроля напряжения 5.1-5.3 с соответствующими их контактами, установленными в конце участка; первыми 6.1-6.3 и вторыми 7.1-7.3 световыми сигнализаторами, установленными, соответственно, в начале и в конце участка; первыми 8.1-8.3 и вторыми 9.1-9.3 звуковы- ми сигнализаторами, установленными, соответственно в начале и в конце участка; третьими 10.1 -10.3 и четвертым 11.1-11.3 световыми сигнализаторами, установленными, соответственно, в начале и в конце участка.

При этом осуществляются следующие электрические соединения на каждом из выделенных участков.

Элементы контроля напряжения под- ключаются между контактным проводом в точке контроля и рельсовым путем.

Первые 6 и вторые 7 световые сигнализаторы соединяются между собой последовательно (см. схему) или параллельно (на схеме не показано).

Соответственно первые 8 и вторые 9 звуковые сигнализаторы между собой, а третьи 10 и четвертые 11 световые сигнализаторы между собой соединяются последо- вательно (см. схему) или параллельно (на схеме не показано). Последовательное соединение указанных элементов предпочтительнее, так как экономит провод, улучшает согласование напряжений элементов и контактной сети, позволяет контролировать целостность соединительных цепей. Номинальные напряжения элементов выбираются исходя из напряжения сети, схемы их соединения, При необходимости согласование может осуществляться увеличением числа последовательно соединенных приборов в каждом элементе (например, число ламп в каждом световом сигнализаторе) или последовательным включением в цепь добавочных сопротивлений (резисторов).

Цепи первых и вторых световых и звуковых сигнализаторов каждого участка включаются между собой параллельно и подключаются к контактному проводу в начале участка через аппарат защиты, например, предохранитель (на схеме не показано), а через размыкающие контакты 5,1.1., 5.2,1 и 5.3.1 - к рельсовому пути в конце соответствующего участка. Цепи третьих и четвертых световых сигнализаторов подключаются к контактному проводу в начале участка через аппарат защиты, например предохранитель (на схеме не показано), а через замыкающие контакты 5.1.2, 5.2.2 и 5.3.2 - к рельсовому пути в конце соответствующего участка.

Длина каждого участка li принимается, исходя из соображений удобства эксплуатации и обеспечения достаточной надежности контроля, например по 100 м.

Очевидно, что с уменьшением длины выделенных участков улучшается контроль, так как происходит большая локализация места повреждения, но возрастает затраты на осуществление контроля.

Устройство работает следующим образом. В номинальном состоянии сети (напряжение на сеть подано, контактный провод не поврежден) все чувствительные элементы контроля напряжения, например промежуточное реле, находятся под напряжением и их замыкающие контакты замкнуты, а размыкающие контакты разомкнуты. При этом первые и вторые световые и звуковые сигнализаторы всех участков обесточены, а третьи 10 и четвертые 11 световые сигнализаторы подключены на напряжение контактной сети и сигнализируют, например на табло соответственно в начале и в конце участка, об исправности системы контроля на данном участке (и наличии напряжения в контактной сети), например подписью Нормальная работа, текст которой может быть прочитан только при подходе к данному участку (в его начале или конце) извне.

При повреждении-обрыве контактного провода на ка.ком-либо из участков (см. фигЛ - обрыв провода на II участке) все элементы контроля, находящиеся от источника питания за местом обрыва (на фиг. 1 - элементы 5.2 и 5.3) обесточиваются. При этом их замыкающие контакты размыкаются, отключая третьи и четвертые световые сигнализаторы всех последующих участков, начиная с поврежденного (на схеме - участков II и III), а размыкающие контакты замыкаются. В результате приходят в действие световая и звуковая сигнализации лишь поврежденного участка. Например, при обрыве провода на участке II включается первый 8.2 и второй 9.2 звуковые сигнализаторы этого участка, а также первый 6.2 и второй 7.2 световые сигнализаторы, включая подсветку ограничивающих поврежденный участок II световых табло с соответствующей надписью, Обрыв контактного провода, текст которой может быть прочитан также только при подходе к данному (поврежденному) участку в его начале и конце извне.

Таким образом световые сигнализаторы устанавливаются на границе двух смежных участков на двухстороннем табло, причем приборы, относящиеся к данному участку, устанавливаются на одной и той же стороне, а высвечиваемые ими надписи должны наблюдаться при подходе извне к тому из смежных участков, состояние которого они контролируют.

На предыдущих.поврежденных участках (по схеме - участок I) система находится в исходном состоянии. На последующих за поврежденным участках (на схеме - участок III) система полностью обесточена, так как отсутствует питание контактного провода ввиду его обрыва, и одновременное отсутствие свечения надписей Нормальная работа и Обрыв контактного провода и звуковой сигнализации свидетельствует о том, что повреждение имеет место на одном из предыдущих относительно данного участков.

При наличии на горизонте системы дистанционного контроля или автоматизированной системы контроля и сбора информации подключение к ее входам дополнительных замыкающих (как на схеме) или размыкающих контактов 5.1.3, 5.2.3 и 5.3.3 элементов контроля напряжения обеспечит немедленную фиксацию обрыва контактного провода и определение номера поврежденного участка.

Известно (2, с. 340-342), что при большой протяженности тяговых подстанций, изолируют друг от друга, а в пределах такой изолированной сети она разбивается с помощью изоляторов и секционных выключателей на отдельные фидерные зоны, питание которых осуществляется дополнительными питающими кабелями. Кроме того, для компенсации падения напряжения в контактной сети могут быть проложены дополнительно усиливающие кабели.

В этом случае для обеспечения нормального функционирования предлагаемого устройства в тяговой сети на постоянном токе предусматривается перед точкой подключения каждого подпитывающего кабеля (считая от тяговой подстанции) включение в

0 рассечку контактного провода, устраиваемую с помощью изолятора, силового выпрямителя с направлением выпрямления тока от тяговой подстанции в сеть. Наличие такого выпрямителя обеспечивает запирание

5 подпитки от дополнительных и усиливающих кабелей элементов контроля напряжения фидерной зоны контактной сети, в конце которой установлен данный выпрямитель.

0 На фиг. 2 показана схема применения предлагаемого технического решения для протяженной контактной сети, секционированной на фидерные зоны и имеющей подпитывающие кабели. Схема содержит

5 тяговую подстанцию 3, от которой через выключатели 12,1 и 12.2 осуществлено питание соответственно левого и правого крыла тяговой сети, а через подпитывающий кабель 13 и выключатель 12.3 осуществлена

0 подпитка удаленных участков правого крыла сети, которое с помощью секционных выключателей 12.4,12.5,12.6 и соответствующих им изоляторов 4.3, 4,4 и 4.5 разделена на I и II зоны и ответвление.

5 Для исключения обратной подпитки I зоны от дополнительного кабеля 13 в конце этой зоны в рассечку контактного провода включен выпрямитель 14.

Каждая из зон и ответвление оборуду0 ются системами контроля с входными точками подключения А и В и С, соответственно, в начале и в конце зоны выполненными в соответствии с фиг. 1, для чего на них выделяется желаемое количество контролируе5 мых участков.

В тяговых сетях на переменном токе с электроприводом в системе переменно-постоянного тока и конденсаторными преобразовательными установками на электровозах

0 усиливающие (подпиточные) кабели не требуются, и предлагаемое техническое решение полностью применимо к этим сетям.

Таким образом, заявляемое техническое решение обеспечивает действенный

5 контроль целостности контактного провода тяговой сети.

Эффективность от применения предлагаемого технического решения имеет два аспекта: социальная эффективность, обусловленная повышением безопасности и

снижением электротравматизма на горизонте, экономическая эффективность, обусловленная возможностью немедленного обнаружения места повреждения и быстро- го его устранения, что повысит производи- тельность труда за счет сокращения простоев оборудования на время обнаружения и оповещения об обрыве.

Фо рмул а изо б ретен ия

1. Устройство для обнаружения обрыва в тяговой сети подземного железнодорожного транспорта, содержащее элементы контроля напряжения, включенные между рельсом и токонесущим проводом на от- дельных участках тяговой сети, световые и звуковые сигнализаторы, отличающее- с я тем, что, с целью расширения области применения для тяговых сетей с пониженным напряжением и повышения эффектив- ности путем обеспечения возможности

обнаружения поврежденного участка, элементы контроля напряжения выполнены в виде реле с замкнутым и разомкнутым контактами, а сигнализаторы рассредоточены по участкам тяговой сети с размещенным в начале каждого участка первого светового, первого звукового и третьего светового сигнализаторов, а в конце - второго светового, второго звукового и четвертого светового сигнализаторов, при этом размыкающий контакт каждого реле включен вчепь связи с тяговой сетью первого и второго световых, первого и вторШго звуковыУ сигнализаторов, а амыкающий контакт - в цепь связи с нею третьего и четвертого световых сигнализаторов.-.,„-«2. Устройство по п.1, о т л и ч а ю щ е е- с я тем, что каждое реле снабжено дополнительным замыкающим контактом, включенным в цепь дистанционного контроля состояния участков тяговой сети.

Использование: подземный электровозный транспорт. Сущность изобретения: сеть разделена на участки заданной длины с контактным проводом и рельсовыми путями, питаемые от тяговой подстанции на отрезке от изолятора до изолятора. Каждый из участков оборудован элементом контроля напряжения с соответствующими контактами, установленными в конце участка, двумя световыми Сигнализаторами и четырьмя звуковыми сигнализаторами, расположенными в начале и конце участка. При большой протяженности контактной сети для нормального функционирования предусматривается перед местом подключения каждого подпитывающего кабеля включения в рассечку контактного провода силового выпрямителя с направлением выпрямления тока от ТягоЪой подстанции в сеть. 1 з.п, ф-лы, 2 ил.